科学家发现了潜伏在早期宇宙中的“怪物”星系

在早期宇宙中，早在它们应该有时间成长之前，天文学家就发现了他们所谓的“红色怪物”：三个大型星系，几乎与银河系一样大。

这是一个具有挑战性的发现，原因有几个 —— 尤其是它与我们对星系如何形成的理解产生了矛盾，当时间和空间还在虚空的襁褓中时。

斯威本科技大学的天文学家Ivo Labbé说：“自从詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）首次拍摄到图像以来，大爆炸后不久‘不可能’的大质量星系的问题一直困扰着天文学家。”

“这就像发现一个体重100公斤的幼儿。JWST现在已经证明了怪物确实在早期宇宙中游荡。”

基于仔细的观察和分析，我们对有多少宇宙过程展开有了很好的了解。但我们忽略了一个关键的时间段：宇宙大爆炸后的第一个十亿年，即早期宇宙，即宇宙黎明。

我们对宇宙从渗透到早期宇宙的原始等离子体中组装起来的速度有多快有一些想法，但观测证据有点难以获得。随着JWST的出现，我们已经能够收集这些证据。随着太空遥远的消退，内部物体发出的光被延伸到红外线波长，强大的太空望远镜利用红外线来观察宇宙，为我们提供了迄今为止最强的宇宙黎明探测器。

根据我们的模型，星系需要一些时间来聚集和成长。我们并不完全确定其中的细节，但最流行的模型涉及暗物质团，重子（或正常）物质被引力收集到其中。随着越来越多的重子物质积累，它们开始合并成恒星，围绕星系系中心的一个巨大黑洞旋转。

尽管星系在大爆炸后出现得相当快，但它们的增长速度被认为太慢，以至于大质量星系无法在宇宙黎明期间出现。因此，当JWST把它的金眼转向早期宇宙，并开始看到那里比预期更大的星系的迹象时，天文学家和宇宙学家感到困惑。

今年早些时候提出的一种可能的解释是，那些超大星系并不像它们看起来那么大；星系中心黑洞周围的物质发出的光非常明亮，使得星系看起来比实际要大。最近的一项发现表明，黑洞可以在短时间内将其星系照亮到非常高的亮度。

这可能是一些星系的情况。但这项由瑞士日内瓦大学天文学家肖梦远（音译）领导的新研究表明，至少在某些情况下，当它看起来像一个大质量星系，并且像一个大质量星系一样嘎嘎作响时，它确实是一个大质量星系。

这些观测是为JWST的FRESCO项目进行的，该项目是一个国际合作项目，旨在获得早期宇宙中星系的精确距离和质量测量。该团队研究的大多数星系都符合现有的星系演化模型，但有三个星系确实异常。

每一个红色怪物都几乎和银河系一样大。它们实际上都没有与当前的宇宙模型相矛盾，也没有与暗物质的主要理论相矛盾；但它们确实表明，这些星系将重子物质转化为恒星的速度比宇宙最近时期最有效的恒星形成星系高两到三倍。

但这些星系确实挑战了我们对恒星形成速度的理解。如果一个星系非常活跃，它应该包含一个高速率的反馈 —— 将恒星形成物质推开的力，限制了新恒星形成的速度。所以，不出所料，似乎有些事情是我们不知道的。

Labbé说：“目前的模型无法解释恒星形成是如何在宇宙的早期如此高效的。”

“通常的假设是，爆炸的恒星和超大质量黑洞会扼杀恒星的形成，吹灭蜡烛。毫无疑问，未来的韦伯观测将为我们提供线索，让我们知道我们错过了什么。”

该团队的研究结果发表在《自然》杂志上。

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